青藏高原中东部地壳和上地幔顶部P波层析成像

为获取青藏高原中东部地壳和上地幔顶部的精细结构,本文基于1万4 484条天然地震的P波（Pg和Pn）到时数据,对青藏高原中东部地壳和上地幔顶部进行P波三维速度结构层析成像,获取了该区域内地壳P波、上地幔顶部Pn波的速度结构和地壳厚度信息。层析成像结果显示,青藏高原中东部地壳P波速度范围为5.2—7.2 km/s,上地幔顶部Pn波速度范围为7.7—8.4 km/s,地壳厚度范围为48.0—68.6 km,地壳和上地幔顶部存在强烈的横向不均匀性,与地质块体分布有较好的对应关系。地壳P波速度结构显示,研究区中、下地壳分布有较大范围的低速区,上地壳与中下地壳P波分布存在明显的差异:羌塘地块和巴颜喀拉地块在上地壳主要表现为高速异常,随着深度增加逐渐表现为低速异常;而柴达木地块在上地壳主要表现为低速异常,下地壳则表现为高速异常;柴达木地块和拉萨地块在上地幔顶部表现为较高的Pn波速度,最高约为8.4 km/s,而在巴颜喀拉地块和羌塘地块东部,Pn波总体上表现为低速,最低约为7.7 km/s。研究区内地壳厚度的总体特征表现为南厚北薄,其中羌塘地块东部和拉萨地块的地壳较厚,而柴达木地块和巴颜喀拉地块东部的地壳相对较薄,羌塘地块西部存在局部的地壳变薄现象,反映了印度板块对欧亚板块北向俯冲作用下的岩石圈变形特征。      

云南数字地震台站下方的S波速度结构研究

通过对云南数字地震台站的宽频带远震接收函数反演，获得了云南地区数字地震台站下方0-0km深度范围的S波速度结构.结果表明，云南地区地壳厚度变化剧烈，中甸、丽江等西北部地区，地壳厚度达62km左右，景洪、思茅和沧源等南部地区，地壳厚度仅为32-34km.厚地壳从西北部向东南方向伸展，厚度和范围逐渐减小，至通海一带地壳厚度减为42km，其形态和范围与小江断裂和元江断裂围成的川滇菱形块体相一致.地壳厚度较小的东、南部地区Moho面速度界面明显；在地壳厚度较大或变化剧烈的地区，Moho面大多表现为S波速度的高梯度带.云南地区S波速度结构具有很强的横向不均匀性.km深度以上，北部地区S波速度明显低于南部地区，在-20km深度范围内，北部地区的S波速度比南部地区高.地壳内部S波速度界面的连续性较差，低速层的深度和范围不一，近一半的台站下方不存在明显的低速层.受南部地区上地幔的影响，40-50km深度范围内，S波速度南部高、北部低，高速区随深度增加逐渐向北推移，低速异常区形态与川滇菱形块体的形态趋向一致.70-80km深度的上地幔速度分布与云南地区大震分布具有一定的相关性.     

青藏高原Q值结构反演

利用中美合作在青藏高原布设的11台PASSCAL宽频带数字地震记录的瑞利面波资料,测定了青藏高原东部地区周期为10～130 s范围内的平均瑞利波相速度和衰减系数R；反演了该地区地壳、上地幔的平均S波速度结构和Q结构．结果表明，该地区平均Q值偏低，并在地壳中存在地震波强吸收层．地壳中的低Q层(Q=93～141)位于16～42 km的的范围内,它与S波低速层(21～51 km)基本一致.从地壳下部63 km后，Q值由114随深度逐渐低至上地幔180 km处的34.由地壳内低速层与低Q层相对应可以推测，在该深度范围内可能存在岩石的熔融或部分熔融现象.在反演的S波速度结构中，地壳的平均厚度为71 km，51 km处的下地壳存在一明显的速度界面,96～180 km处的低速层(4.26 km/s)可能与软流层相对应.      

蒙古中南部地区面波相速度层析成像

本文采用小波变换频时分析技术提取了1893条蒙古中南部地区双台间基阶Rayleigh波相速度频散曲线,通过对提取到的相速度频散进行二维反演,首次重构了蒙古高原中南部10~80s周期内分辨率为0.5°×0.5°的相速度分布图.结果表明,短周期相速度频散(10~20s)明显受地表地形控制,表现为杭爱—肯特山盆地为相对高速异常,而南部的戈壁带表现为相对低速异常;在30s到60s周期内,南部的戈壁带和北部的杭爱—肯特山盆地都显示出稳定的高速异常,而中部戈壁带则表现为低速异常.该低速异常区与新生代火山岩出露位置的一致性,暗示该低速异常可能与新生代火山活动有关.穿过蒙古高原中部的两条主要断裂带与研究区内的地震波速度分布具有很好的一致性,可能暗示两条断裂带一直延伸到整个岩石圈.此外,蒙古中南部地区的壳幔速度低于全球平均大陆值,且其相速度频散曲线与遭受破坏的克拉通,尤其大陆裂谷很相似,可能暗示着研究区具有薄的、活跃的岩石圈构造.     

西藏高原地壳上地幔P波和S波速度结构

利用西藏高原及其邻区150个地震,西藏台网、四川台网、世界标准台网及在西藏布设的流动台网的 P 波和 S 波观测资料,得出了该地区的地壳和上地幔的 P 波以及 S 波的速度模型:(1)地壳平均厚度70km,可分为明显的两层.上层厚16km,P 波速度5.55km/s,S 波3.25km/s;下层厚54km,P 波速度6.52km/s,S 波3.76km/s;(2)上地幔顶层 P 波速度7.97m/s,S 波4.55km/s.140km 处出现低速层,层厚约55——62km.低速层下的正速度梯度与地幔顶部盖层相差无几.      

华北盆地边缘及邻区地壳S波速度结构及其地震孕育机制

利用分布在华北盆地及其周边(113°E—121°E,34°N—41°N)72个固定地震台站记录到的2009年和2010年远震地震波形记录,提取多频段P波接收函数,反演了台站下方的S波速度结构,并结合该区域1970—2016年的地震目录分析了反演结果.华北盆地周缘及邻区中下地壳普遍存在低速异常,首都圈地区Moho深度约在33 km左右,台站下方在4~10 km的深度范围内一般都存在2~5 km厚的高速层,紧随高速层之下又出现了2~6 km厚的相对低速层;在太行山隆起向华北盆地的过渡区,地壳结构较为复杂,Moho面深度变化较大,自西向东深度变浅,且太行山隆起区内明显存在壳内低速层,而接近华北盆地处的地壳内存在轻微的速度扰动异常(即低速层);鲁西隆起地区Moho深度在31~34 km之间,在大地热流高值区地壳高低速异常明显.基于华北盆地周缘地区地震在地壳高低速层均有分布,而分布在低速层内的地震事件相对较多,比较符合曾融生等(1991)提出的"双层破裂震源模型",即地幔热物质上侵导致了中下地壳的低速软弱层形成,并在软弱层处产生了附加的水平剪切力,进而其破裂诱发地震,同时将部分应力传递给上覆高速硬包体,为高速异常体内地震的触发积累能量.华北盆地周缘低速异常体的分布是该区域地震频发的重要诱因.     

用接收函数方法研究上海地震台阵下地壳结构

利用上海地震台阵16个台站记录的远震资料,采用接收函数线性反演方法,对台阵下的地壳速度结构进行研究,获得了研究区域内地壳厚度和地壳速度的分布特征。研究结果表明,研究区域Moho面深度约为33±2 km,Moho面深度基本不变,地幔顶部S波速度约4.4 km/s,地壳内没有发现明显的低速层。     

延怀盆地及其邻区地壳上地幔速度结构的宽频带地震台阵研究

在沙城以东的延庆盆地及其邻近区域内布设了由GDS－1000宽频带数字地震仪组成的流动地震台阵，利用台阵记录的宽频带远震P波波形数据和非线性接收函数反演方法获得了延怀盆地内0-80km深度范围的地壳、上地幔S波速度结构．利用计算机三维彩色剖分显示技术研究了台阵下地壳、上地幔速度结构的横向非均匀变化。结果表明，研究区域内的地壳厚度为40km左右，壳幔界面有4km左右的上下起伏．地表沉积盖层在延庆盆地中心附近厚度约1km，而在向盆地外围延伸的方向上相对变薄．研究区域内上地壳S波速度结构较复杂，而下地壳与上地幔则相对比较均匀．其上地壳最突出的特点是在10km深度附近有明显的S波低速层．在延庆盆地下方，它延伸到6-20km的深度范围．在延庆盆地南侧，该低速层有从西往东逐渐减弱的趋势．研究区域内的地震基本上都发生在延庆盆地下方上地壳低速体外围．据此推断，延庆盆地及其临近区域内的地震活动与该区域地壳内的热状态有密切关系．     

福建沿海地区地壳S波速度结构和泊松比分布特征

本文根据福建沿海地区人工地震测深剖面的单分量地震记录，对S波信息进行开发研究，通过对地震记录重新采样，数字处理与分析，获得了该区地壳S波速度模型，结果发现：福建沿海地区的地壳与上地慢S波速度结构可分为三层，即上地壳，中地壳和下地壳；在中地壳普遍发育一层速度为3.4-3.5km/s的低速层，厚度约3－4km；MOHO面深度，泉州以北最浅，仅为28km，宁德以南最深，为32km。结合P波速度模型，我们获得了该区地壳平均泊松（Poisson）比模型，漳州盆地和福州盆地平均泊松比值表现出异常高值，而泉州、淦溪地带的平均泊松比为相对低值，结果显示：泊松比值的大小与断裂交汇区，筘辊地热异常区具有良好的对应关系。     

面波频散与接收函数联合反演南北地震带北段壳幔速度结构

通过对南北地震带北段区域所布设的676个流动地震台站观测资料进行处理,联合反演面波频散与接收函数数据,获得了研究区内地壳厚度、沉积层厚度的分布情况以及地壳上地幔高分辨率S波速度结构成像结果.反演结果显示研究区地壳厚度从青藏高原东北缘向外总体逐渐变薄,秦岭造山带地壳厚度较同属青藏高原东北缘的北祁连块体明显减薄;鄂尔多斯盆地及河套盆地分布有非常厚的沉积层,阿拉善块体部分区域也有一定沉积层分布,沉积层与研究区内盆地位置较为一致;松潘—甘孜块体、北祁连造山带等青藏高原东北缘总体表现为S波低速异常;在中下地壳,松潘—甘孜块体下方的低速体比北祁连造山带下方的低速体S波速度值更小、分布深度更浅,更有可能对应于部分熔融的地壳;鄂尔多斯盆地在中下地壳以及上地幔内有着较大范围的高速异常一直延伸到120 km以下,而河套盆地地幔只在80 km以上部分有着高速异常的分布,此深度可能代表了河套盆地的岩石圈厚度,来自深部地幔的热物质上涌造成了该区域的岩石圈减薄;阿拉善块体在地壳和上地幔都表现出高低速共存的分布特征,暗示阿拉善块体西部岩石圈可能受青藏高原东北缘的挤压作用发生改造.     

青藏高原及邻近地区地壳与上地幔剪切波三维速度结构

本文利用30个基准台所记录的238条长周期面波资料,经过适配滤波和分格频散反演,得到中国大陆及邻区147个分格10-105s的纯路径频散,进而反演出青藏高原及邻近地区深至170km的剪切波三维速度结构.研究表明,青藏高原中西部地区和东部地区的地壳平均厚度分别为70±7km和65±7km,地壳平均剪切波速度分别为3.55和3.62km/s,上地幔顶盖平均速度分别为4.63和4.61km/s; 岩石层厚度均为120±10km;东部地区下地壳内30-40km深度处普遍存在低速层;青藏高原及其东侧的上地幔低速层内有横贯东西且明显向上隆起的低速腔.滇西缅北地区的地壳厚45±5km,上地壳及下地壳内都有低速层;上地幔顶盖的速度为4.42km/s,比青藏高原本体及恒河平原都低.恒河平原地壳厚34±2km,速度平均为3.45km/s;上地幔顶盖厚86±10km,速度平均为4.63km/s,顶盖内55-83km深处有一个低速夹层.     

利用远震接收函数方法研究南海西沙群岛下方地壳结构

利用西沙琛航岛流动地震台站和永兴岛固定地震台站的资料,提取了远震P波接收函数,结合正演和反演方法模拟了台站下方的地壳结构.模拟结果显示:西沙群岛地壳顶部存在2 km厚的新生代低速沉积层,横波速度只有2.0~2.2 km/s;上地壳为一速度梯度带,横波速度由2 km处的3.4 km/s逐渐增加到12 km深度时的3.8 ...     

利用人工地震测深剖面研究银川盆地及两侧区域的S波速度结构

本文利用人工地震探测剖面获得的E-W向S波数据,参考P波资料,利用正演算法对该条剖面获得的Sg、Sc1、Sc2、SmS及Sn波波组信息进行了相关计算与处理,获得了沿剖面S波的地壳二维速度结构,结果显示:银川盆地及其两侧区域的地壳速度结构和壳内界面分层都显示出较大的差异.银川盆地及其以西区段呈现四层地壳结构,鄂尔多斯块体内部由西向东C2界面逐渐缺失,显示三层地壳结构特征.且壳内界面及速度等值线变化相对平缓,显示出稳定的地壳结构特征.剖面中段的银川盆地沉积盖层埋深最深达到7.6 km,盆地下方Moho界面的隆起与基底的凹陷呈镜像关系,隆起最浅处深度为38.5 km左右.银川盆地西缘至阿拉善块体边缘中下地壳内出现局部低速异常,横向影响范围达到120 km左右,速度值明显比周围介质低0.15~0.28 km/s个量级,壳内界面起伏变化剧烈,与两侧块体接触及其耦合部位速度结构异常紊乱,显示出断陷活动、地壳不稳定的特征.阿拉善块体壳内速度等值线变化较为平缓,Moho界面相对其他块体显示出较深的深度.沿剖面从获得的S波二维速度结构特征可以看出各块体地壳速度结构特征、深部构造环境、以及深部介质物性差异,揭示了银川盆地在周围块体相互运动、碰撞、挤压背景下的应力变形特征.     

青藏高原瑞利波相速度与深部结构的横向变化

利用中美合作在青藏高原布设的11台 PASSCAL 宽频带数字地震仪记录到的瑞利面波资料,测得青藏高原内不同块体的瑞利面波相速度(周期为10——120s),并反演了不同路径的地壳上地幔 S 波速度结构,发现青藏高原 S 波速度结构的横向变化显著.亚东——安多裂谷带的面波频散与相邻的块体差异最大,温泉至日喀则路径的相速度比其它路径的相速度明显偏高.该路径的地壳平均速度为3.79km/s,比其它路径的地壳平均速度3.40——3.50km/s高得多.青藏高原内不同块体的地壳中均有低速层存在,但低速层的厚度和速度不尽相同.位于北部的松潘甘孜块体。其地壳较薄约为65km,Sn 速度为4.48km/s,而且在约120km 深处的上地幔中存在一厚度为60km,速度为4.15km/s 的上地幔低速层.其它路径的上地幔速度相近,均没有明显的上地幔低速层出现.羌塘块体与拉萨块体的瑞利波相速度和 S 波速度结构极为相似,上地幔顶部的速度较松潘甘孜块体略高.在青藏高原广大地区中,地壳的平均速度低,普遍存在地壳低速层;上地幔顶部的横波速度为4.50——4.65km/s,上地幔中或者没有低速层或者低速层埋藏较深.      

华北克拉通中西部地壳S波速度结构及其地质意义

华北克拉通是世界上最古老的克拉通之一.我们利用布设于华北中部的ChinArray计划461个宽频带地震台阵的连续波形资料,基于背景噪声成像技术,获得了克拉通中西部5～45 s的Rayleigh波群速度频散曲线,并利用线性反演方法获得了研究区地壳上地幔顶部的S波速度结构.密集流动地震台阵使我们能够揭示研究区精细的地壳上地幔顶部速度变化,以深入探讨华北克拉通中西部深部结构及其对岩浆和地震的控制作用.8 km深度的S波速度切片显示低速与高速异常分别与地表的盆地和山脉对应良好.不同经度和纬度方向的S波速度剖面均表明,西部克拉通地壳大致可以分为上、中、下地壳三层.克拉通西部鄂尔多斯块体的下地壳S波速度介于3.7～3.8 km·s^-1,暗示其下地壳以长英质岩石为主.大同火山区下方的S波低速异常从中地壳延伸至上地幔顶部,推测源自软流圈的地幔热流提供了近垂直的主干上涌通道,并控制了该区新生代岩浆活动.强震集中分布在上地壳高速体内部或高低速相间区,其下地壳乃至上地幔顶部都呈现明显的低速异常,推测源自上地幔/下地壳的深部热流沿地壳尺度的陡深断裂上侵,诱发上覆高应力刚性块体发生蠕动破裂...     

蒙古中南部地区基于天然地震的 勒夫波相速度层析成像

借助中蒙国际科技合作项目获取的宽频带地震台阵观测数据, 采用小波变换频时分析技术提取了蒙古中南部地区901条双台间基阶勒夫波相速度频散曲线. 通过对该曲线进行二维反演, 重构了蒙古中南部地区12—80 s周期内横向分辨率约为50 km的勒夫波相速度分布图. 结果显示, 蒙古中南部地区相速度分布存在一定的横向不均匀性. 短周期内(12—20 s), 相速度分布受地表地形的控制, 杭爱—肯特山盆表现为高速异常, 乌兰巴托盆地、 中戈壁带及南戈壁带均表现为低速异常; 中等周期内(20—40 s), 研究区相速度分布形态与短周期类似, 但横向不均匀性强度减弱; 中长周期内(40—70 s), 南戈壁带和杭爱—肯特山盆为低速异常, 中戈壁带为高速异常, 整个区域表现出南北低速异常夹中部高速异常的形态, 与瑞雷波中长周期速度分布形态显著不同. 结合中戈壁带分布大量新生代火山岩, 推测研究区域内存在较强的径向各向异性.      

腾冲及其邻区地壳S波速度结构

利用腾冲及其邻区架设的23个台站的远震波形资料,应用接收函数及时间域的线性反演方法反演了各台站下方的S波速度结构,分析该区域的地壳速度结构特征,结果表明:腾冲及其邻区莫霍面深度为39 km左右,整个研究区域地壳厚度从南(32 km)到北(42 km)逐渐增加。不同深度的S波速度结构显示,腾冲附近的中下地壳(30 km附近)呈现为明显低速区,该低速区以腾冲为中心展布,范围约为30 km。低速异常区域与地壳内的岩浆活动和部分熔融物质有关,深部熔融物质为腾冲地区带来了丰富的地热资源。     

长白山火山区壳幔S波速度结构研究

利用面波层析成像和远震接收函数方法对长白山地区的地壳上地幔速度结构进行了研究。结果表明:长白山火山区附近存在岩石圈减薄、上地幔软流圈增厚以及上地幔S波速度降低等与上地幔高温物质有关的现象,它表明长白山的岩浆系统一直延伸到上地幔软流圈范围。天池火山区地壳内部存在明显的S波低速层,在离天池火山口较近的WQD台附近,低速层顶部埋深约8km,厚度近20km,S波最小速度约2.2km/s。在距离天池火山北部50km的EDO台地壳中没有明显的低速层。火山区S波速度结构总体表现出距离天池越近,地壳的V_P/V_S越大,低速层的厚度和幅度增加的特征,表明天池火山口附近地壳内部存在高温物质或岩浆囊。CBS台站不同方位的接收函数及反演结果表明,地表低速层厚度以及莫霍面深度存在随方位的变化。地表低速层在南部方向明显较厚,莫霍面深度在南部天池火山口方向存在小幅度抬升。CBS台站附近特殊的近地表速度结构可能是该台站记录的火山地震波形主频较低的主要因素。天池火山口附近莫霍面的小幅度抬升意味着存在与火山作用有关的壳幔物质交换通道     

南美洲及周边洋盆的地壳和地幔顶部结构

给出了南美洲及周边洋盆一套新的地震波结构等值线图。这些图使用了新数据,因而更好地约束了地壳厚度、全地壳P波和S波的平均速度以及地幔顶部的地震波速度(Pn和Sn)。我们发现:(1)南美洲地壳厚度的加权平均值为38.17km(标准差为±8.7km),这比全球陆壳平均值39.2km要薄约1km;(2)南美洲全地壳P波速度的直方图呈双峰形态,其低峰值发生在缺失下地壳高速层(6.9~7.3km)的区域;(3)结晶地壳的P波平均速度(Pcc)为6.47km/s(标准差为±0.25km/s),这与全球平均值6.45km/s基本相同;(4)南美洲下方的Pn平均速度为8.00km/s(标准差为±0.23km/s),略低于全球平均值8.07km/s;(5)横贯智利北部与阿根廷东北部的地壳内存在一个P波和S波低速异常带,地理上正对应于纳斯卡板块浅俯冲部分[Isacks等在1968年首次提出的南美大草原(Pampean)平缓板块],同时也是一地壳拉张区域;(6)巴西克拉通的厚地壳一直延伸到委内瑞拉和哥伦比亚;(7)亚马逊盆地以及沿巴西克拉通西部边缘地壳可能由于拉伸作用而变薄;(8)东太平洋海床之下的地壳P波平均波速要大于其在西大西洋海床的数值,这可能源于较古老的大西洋海床覆盖了更厚的沉积层。     

应用背景噪声成像研究祁连山地区地壳S波速度结构

利用祁连山地区(36°~42°N,96°~104°E)38个台站2014年8月—2015年12月的垂直分量连续背景噪声记录,获得了台站对之间的互相关函数和瑞利面波相速度频散曲线,采用基于射线追踪的面波频散直接反演方法,得到了观测台站下方5~40 km深度范围内的S波速度分布图像。结果表明:在5 km深度处,速度结构分布特征与地表构造分布存在一定的相关性,松散沉积层厚度影响明显;在18 km深度处,S波速度横向不均匀性明显,呈现为高低速相间不同尺度大小的区域性。同时,5~20 km深度范围内速度随深度增加而逐渐增加,其变化幅度为0.2 km/s;在30 km深度处,祁连和门源地区高低速相间分布明显;在35~40 km深度,随深度增大,祁连山北缘断裂带、托莱山断裂、冷龙岭断裂带以北地区为高速区,以南为低速区。